基于GPRS DTU远程通讯技术在油气集输管线上的应用

赵思渊，何 戡，宗学军

(沈阳化工大学 信息工程学院，辽宁 沈阳 110142)

随着科技的发展，无线通讯技术日趋成熟，无线通讯技术受到各个企业的关注.GPRS DTU是无线远程通讯的一项比较成熟的技术，被广泛地应用于油气行业中数据的远程通讯[1].GPRS DTU可以进行远距离数据传输，对作业点分散、恶劣的工厂环境有很好的效果，大大节省了人力、物力和时间，能够对数据进行实时监控，如果发现问题可以及时地排除隐患，保障用户设备和人员的安全.因此本文研究的GPRS DTU可以满足现在企业的生产需求.

1 几种无线通讯技术的比较

表1为几种无线通讯技术的比较结果，通过表1的比较可以看出：

(1)使用无线电台传输数据，可靠性太差，成本高，不易使用.

(2)使用光纤传输数据，对于偏远地区布线困难，且价格昂贵，不易使用.

(3)Zigbee主要用于智能家居，传输距离有限，在远程通讯技术中不易使用.

(4)使用GPRS传输方式，数据的可靠性、实时性、成本和运行情况相对其他传输方式优势比较明显.

因此，GPRS传输技术的利用比较普遍.

表1 几种无线通讯技术的比较

2 无线远程通讯系统的构成

无线远程通讯系统结构如图1所示.该系统主要包括3个功能层：设备层、网络层、监控层.

图1 无线远程通讯系统结构

设备层主要由分散各地的远程数据终端组成，主要实现对现场中仪表数据进行实时采集并远传到数据中心[2].

网络层主要由GPRS网、Internet网组成.设备层采集到的数据由GPRS网络通过网关访问Internet网络远传到数据中心.

监控层主要是对远程数据终端采集到的信息进行解析、管理、监控以随时随地对远距离的数据进行管理与监控，为保证系统的信息安全与稳定性，采用防火墙、身份认证等措施.

2.1 无线远程通讯系统的应用实例

以某油气企业为例，保证安全生产前提下，根据系统的构成设计出如图2所示的远程通讯系统结构[3].

图2 无线远程通讯系统的实例结构

2.2 远程数据终端

2.2.1 硬件组成

出于对油气企业安全性考虑，此系统需要防爆箱，防止出现火灾或雷击造成巨大的财产损失.防爆箱由安全栅、模拟量采集器、浪涌保护器、移动卡与核心部件DTU组成.

2.2.2 参数配置

(1)现场需要远传的仪表多具备RS485通讯接口，GPRS DTU可以通过RS485通讯方式与仪表通讯(如果仪表不具备RS485通讯接口，可以使用4～20 mA到RS485的转换器)，DTU与仪表通讯，参数必须设置一致，如波特率、奇偶效验位、数据位、停止位和设备地址.

(2)DTU数据中心(软件)中的独立IP和端口号等参数应与DTU配置参数相一致.

2.3 数据中心系统实现

数据中心的服务器接收DTU的数据需要有独立的IP地址，并开放相应的端口号，这与2.2.2参数配置中的第(2)点一致，每个DTU都有一个唯一的设备ID号，区分不同站点的终端设备[4].

DTU数据中心(软件)安装在数据中心的服务器上，设置与DTU相一致的IP与端口号，并将采集的数据分配给不同的虚拟com口，如com1；通过虚拟串口软件实现一对串口绑定，如com1与com2绑定；最后利用KepServer通过绑定虚拟串口中的com2进行数据通讯，KepServer将得到的数据转化为opc服务，供WinCC使用[5].具体实现过程如图3所示.

图3 数据中心实现过程

3 数据的解析

数据解析的目的是将仪表中的数据通过规定的解析方法，转化为熟悉的十进制数据.仪表寄存器的数据格式一种是符合IEEE标准协议，另一种是由厂家自定义的协议.

第1种可以选择寄存器的顺序便能解析，一般的组态软件都可设置，本文用KepServer在第2、3行勾选不同的选项，选择寄存器的排列方式.具体操作如图4所示.

图4 KepServer操作界面

第2种必须知道厂家的解析协议.本文以WinCC的VB脚本作为解析工具，寄存器中的值分别为0000 0009 A754 6498，将它们转化为10进制再进行解析.double解析规则为：将数据中的整数部分和小数部分分开计算，前6个字节为整数部分，后2个字节为小数部分.具体方法为：0000的十进制数0乘以65 536×65 536+0009的十进制数9乘以65 536+A754的十进制数42 836+6498的十进制25 752除以65 536，换算成数学公式为：0×65 536×65 536+9×65 536+42 836+25 752/65 536=632 660.392 9.

VB脚本内容:

Function set4word(d1,d2,d3,d4)

Dim objTag

Dim data1,data2,data3,data4

Set objTag=HMIRuntime.Tags(d1)

data1=objTag.Read()

data1=data1*65 536*65 536

Set objTag=HMIRuntime.Tags(d2)

data2=objTag.Read()

data2=data2*65 536

Set objTag=HMIRuntime.Tags(d3)

data3=objTag.Read()

Set objTag=HMIRuntime.Tags(d4)

data4=objTag.Read()

data4=data4/65 536

set4word=data1+data2+data3+data4

End Function

该解析程序为使用WinCC软件中的VB脚本功能，HMIRuntime为WinCC内部项目关联的对象，利用objTag.Read()函数依次读取到仪表中4个寄存器的值，寄存器的值用data表示，最后利用上面公式算出的set4word为解析的结果.

4 方案测试结果

测试实验为30个远程终端与1台数据中心的服务器构成，KepServer软件设置的扫描周期为1 500 ms，在30个远程终端同时使用情况下，数据流通畅无阻塞，满足企业远传要求，证明本方案的有效性.

5 结束语

制定了一种基于GPRS DTU的数据远传信息系统的实施方案，通过GPRS网络，成功地将油气集输管线上的数据远传到数据中心.应用表明无线远程通讯技术相比于有线传输，不仅能节省财力物力还能提高传输效率，具备了信息化、智能化、成本低和稳定性好等优点.但在实际应用中由于网络不稳定的原因偶尔造成掉线现象，出现数据延时与丢失等情况，当网络稳定时，却又可以很快恢复在线状态.因此目前油气行业没有对数据的实时性有太多的要求，对于数据的实时性这个问题是今后研究的重点.